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1、第五章第五章 抗抗 沉沉 性性l第一节 进水舱的分类及渗透率l第二节 舱室进水后船舶浮态及稳性的计算l第三节 可浸长度的计算l第四节 分舱因数及许可舱长l第五节 客舱分舱和破舱稳性计算概述概述抗沉性要求：抗沉性要求： 军用舰船 民用船舶（客船 货船） 我国船舶检验局颁发的船舶与海上设施法定检验规则有明确规定，以保证安全航行。抗沉性指船舶在一舱或数舱破损后仍能保持一定的浮性和稳性的能力。保证船舶的不沉性或抗沉性的基本措施是保证船舶的不沉性或抗沉性的基本措施是： 用水密舱壁将船体分隔成适当数量的舱室来保证用水密舱壁将船体分隔成适当数量的舱室来保证的，要求当一舱或数舱进水后，船舶的下沉不超过规的，要
2、求当一舱或数舱进水后，船舶的下沉不超过规定的极限位置，并保持一定的稳性。定的极限位置，并保持一定的稳性。抗沉性研究的问题：抗沉性研究的问题： 船舶在一舱或数舱进水后浮态及稳性的计算；从船舶在一舱或数舱进水后浮态及稳性的计算；从保证船舶抗沉性要求出发，计算分舱的极限长度，即保证船舶抗沉性要求出发，计算分舱的极限长度，即可浸长度。可浸长度。5-1 5-1 进水舱的分类及渗透率进水舱的分类及渗透率一、进水舱的分类1.第一类舱：舱的顶部位于水线以下，船体破损后海水灌满整个舱室，但舱顶未破损，因此舱内没有自由液面；双层底和顶盖在水线以下的舱柜属于这种情况。2.第二类舱：进水舱未被灌满，舱内的水与船外的海
3、水不相连通，有自由液面；为调整船舶的浮态而灌水的舱以及船体破洞已被堵塞但水还没有抽干的舱室都属于这种情况。3.第三类舱：舱的顶盖在水线以上，舱内的水与船外海水相通，因此舱内水面与船外海水保持同一水平面。这种船体破损较为普遍，也是最典型的情况。二、计算抗沉性的两种基本方法二、计算抗沉性的两种基本方法 船舶破损进水后，如进水量不超过1015%，则可以应用初稳性公式来计算船舶进水后的浮态和稳性，其结果误差甚小。 计算船舱进水后船舶浮态和稳性的基本计算船舱进水后船舶浮态和稳性的基本方法：方法：1. 增加重量法：把破舱后进入船内的水看成是增加的液体重量；2. 损失浮力法（固定排水量法）：把破舱后的进水区
4、域看成是不属于船的，即该部分的浮力已经损失，损失的浮力借增加吃水来补偿。对于整个船舶来说，其排水量不变，故又称为固定排水量法。 应该指出，用上述两种方法计算所得的最后结果(如复原力矩、横倾角、纵倾角、船舶的首尾吃水等)是完全一致的。但由于两种方法计算的排水量不同，它们的横稳性高GM和纵稳性高GML也不同。 由于舱内有各种结构构件、设备、机械和货物，舱内实际进水的体积V1总是小于空舱的型体积V，两者之比成为体积渗透率：三、渗透率三、渗透率 体积渗透率v的大小视舱室用途及装载情况而定，我国海船法定检验技术规则规定的v的数值加表5-l所示。面积渗透率：进水面积a1与空舱面积a或v与a 之间并无一定联
5、系，通常v小于a，但并非一定 。在一般计算中，可取v=a 。 对于这类舱室，用增加重量法进行计算比较方便，可直接应用第3章中的有关结论。5-2 5-2 舱室进水后船舶浮态及稳性计算舱室进水后船舶浮态及稳性计算一、第一类舱室 如图所示，船在舱室进水前浮于水线WL处，首尾吃水为dF及dA(平均吃水为d)，排水量为，横稳性高为GM，纵稳性高为GML，水线面面积为AW，漂心纵向坐标为xF，进水舱的体积为V，其重心在C(x,y,z)处。可把进入该舱的水看成是在C处增加了重量为pV的液体载荷，且没有自由液面。因此，舱室进水后船舶的浮态及稳性可按下列步骤进行计算。舱室进水后船舶的浮态及稳性计算步骤1.平均吃
6、水增量2.新的横稳性高3.新的纵稳性高4.横倾角正切7.船舶最后的首尾吃水5.纵倾角正切6.由于纵倾而引起首尾吃水变化 舱内的水虽与船外海水不相联通，但因舱室未被灌满，故存在自由液面。在用增加重量法进行计算时，要考虑到自由液面对稳性的影响。二、第二类舱室二、第二类舱室 船舶原浮于水线WL处，排水量为 ，首尾吃水为dF及dA(平均吃水为d)，横稳性高为GM，纵稳性高为GML，水线面面积为AW，漂心纵向坐标为xF，进水舱的体积为V，其重心在C(x,y,z)处。可把进入该舱的水看成是在C处增加了重量为pV的液体载荷，进水舱内自由液面对于其本身的纵向主轴和横向主轴的惯性矩分别为ix及iy 。对于这类舱
7、室,进水后船舶的浮态及稳性按下列步骤进行计算。舱室进水后船舶的浮态及稳性计算1.平均吃水增量：2.新的横稳性高：3.新的纵稳性高：4.横倾角正切：5.纵倾角正切：6.由于纵倾而引起首尾吃水变化：7.船舶最后的首尾吃水： 这类舱室破损进水后，舱内的水面与船外海水保持同一水平面，其进水量需由最后的水线来确定，而最后的水线位置又与进水量有关。因此，用增加重量法进行计算就很不方便。对于这类舱室宜采用损失浮力法来进行计算，并认为舱室进水后船的排水量和重心位置保持不变。三、第三类舱室三、第三类舱室 船舶原浮于水线WL 处，排水体积为 ，吃水为d，横稳性高为GM，纵稳性高为GML，水线面面积为AW，漂心纵向
8、坐标为xF，进水舱体积为V，其重心在C(x,y,z)处。该舱在WL处进水面积为a，其形心在f(xa,ya) 处，a称为损失水线面面积。 当海水进入该舱后，船舶即损失了浮力V，但因船的重量没有改变，故需下沉至W1L1处获得补偿浮力，方能使船舶保持平衡。这样便可按下列步骤进行计算。1.平均吃水增量：2.剩余水线面面积的漂心位置：式中：(Aw-a)为剩余水线面面积，又称有效水线面面积。3. 剩余水线面(AW-a)对通过其新漂心 F 的横向及纵向惯性矩自由液面对IT的修正：将惯性轴由F移到其新的形心F: 4. 浮心位置的变化 损失浮力V的作用点在C(x,y,z)处，而补偿浮力的作用点在 处。可以认为：
9、 由于V自(z，y，z)处移至 处而引起了船舶浮心位置的移动。根据重心移动原理，破舱以后船舶浮心位置的变化为:5. 横、纵稳心半径的变化6. 横、纵稳性高的变化：由于船的重心位置保持不变，故7. 新的横、纵稳性高(8)横倾角正切(9)纵倾角正切(10)由于纵倾引起的首、尾吃水变化(11)船舶最后的首、尾吃水四、一组舱室进水的情况在一组舱室同时破损，将其看成一个等值舱进水，即船舶的浮态及初稳性可根据此等值舱进行计算。首先需要算出此等值舱的有关数据。 (1)等值舱的进水体积(2)等值舱的重心位置对于第三类舱室，还需算出：(3)等值舱在原来水线处的损失水线面面积 (4)等值舱损失水线面面积的形心坐标
10、 将所得到的等值舱数据代人前面的相关公式中。便可算出船舶在一组舱室破损后的浮态和稳性。 应该指出，本节中所用的计算公式都是根据初稳性公式而得，只有在进水量不大(不超过排水量的l015)的情况下，才能获得比较正确的结果。若进水量较大，则可用逐步近似法以求得比较正确的结果。此外，在本节中推导有关计算公式时，假定进水舱是空的，即渗透率1.0。事实上各进水舱的总是小于1.0。因此，应根据进水舱实际渗透率值，先算出进水重量p V及实际自由表面面积或损失水线面面积 a，然后再按有关公式计算船舶在破舱后的浮态和稳性。 5-3 5-3 可浸长度的计算可浸长度的计算l我国海船法定检验技术规则规定：民用船舶的下沉
11、极限是在舱壁甲板上表面的边线以下76mm处，即船舶在破损后至少应有76mm的干舷。l在船舶侧视图上，舱壁甲板边线以下76mm处的一条曲线（与甲板边线相平行）称为安全限界线（简称限界线）。l限界线上各点的切线表示所允许的最高破舱水线（或称极限破舱水线）。WL76mm舱壁甲板边线安全限界线最高破舱水线（或称极限破舱水线）最高破舱水线（或称极限破舱水线） 为了保证船舶在破损后的水线不超过此界限，对于舱室为了保证船舶在破损后的水线不超过此界限，对于舱室的长度必须加以限制。的长度必须加以限制。船舱的最大允许长度称为船舱的最大允许长度称为可浸长度可浸长度。它表示进水以后船舶的破舱水线恰好与界限线相切。破舱
12、在。它表示进水以后船舶的破舱水线恰好与界限线相切。破舱在船长方向的位置不同，其可浸长度也不同。船长方向的位置不同，其可浸长度也不同。一、计算可浸长度的基本原理一、计算可浸长度的基本原理船舶浮于极限破舱水线W1L1处时应该存在下列关系：式中： 为极限破舱水线W1Ll以下的排水体积l对于中横剖面的体积静矩； 为计算水线WL以下的排水体积对于中横剖面的体积静矩。上两式中 M 1 M1 各量可根据邦戎曲线图用数值积分法求得，这样，可浸长度的计算转化为由 Vi 和 xi 求船舱的长度和位置的问题。 二、可浸长度曲线的计算二、可浸长度曲线的计算1.绘制极限破舱水线 在邦戎曲线图上，先画出计算水线和限界线，
13、并从限界线的最低点画一条水平的极限破舱水线H。然后在首尾垂线处，自H线向下量取一段距离z，其数值可按下式估算： z=1.6D-1.5d 其中D-舱壁甲板的型深，d-吃水，在距离z内取23个等分点。 并从各等分点作与限界线相切的纵倾极限水线1F,2F,3F,1A,2A, 3A等。 通常极限破舱水线约取710条，其中尾倾水线35条，水平水线1条，首倾水线34条。这些破舱水线对应于不同舱室进水时船舶的最大下沉限度。2.2.计算进水体积及纵向坐标计算进水体积及纵向坐标 在邦戎曲线上，分别量取计算水线及破舱水线的各站横剖面面积，并用数值积分法分别计算出相应于计算水线和极限破舱水线的排水体积和1，以及对于
14、中横剖面的体积静矩M和M1，即可求得破舱的进水体积Vi及形心纵向坐标xi ： 计算各破舱水线下的进水体积Vi及形心纵向坐标xi，绘制Vi- xi曲线。3.3.计算进水舱的可浸长度计算进水舱的可浸长度 设某极限破舱水线W1L1处的破舱进水体积为Vi，其形心纵向坐标为xi。现在的问题是如何求出船舱的长度和位置，当该舱破损后，进水体积正好为Vi ；面形心纵向坐标恰好又在xi处，对于这种计算用图解法较为简便。l如图：先画出极限破舱水线W1L1在xi附近一段的横剖面面积曲线及该段的积分曲线，然后，在xi处作一垂线与积分曲线相交于O点，在该垂线上截取CD=vi，并使面积AOC=BOD，则A点和B点间的水平
15、距离为可浸长度l。同时该舱中点至中横剖面的距离x也可在该图上量取。应用同样方法，可以求出各极限破舱水线的舱室可浸长度及其位置，但这种方法需要绘制每一破舱水线的横剖面面积曲线及其积分曲线，因而计算和制图工作过于繁杂。实践证明：进水舱的位置通常总是在其相应破舱水线与限界线相切的切点附近，故破舱水线下的横剖面面积曲线与限界线下的横剖面面积曲线在进水舱附近几乎相同。因此在实际计算中，常用限界线的横剖面面积曲线及其积分曲线来代替所有破舱水线的横剖面面积曲线及其积分曲线，如图所示。这样便可以迅速求出所有破舱水线的进水舱长度及位置。在进水舱附近，限界线下的横剖面面积略大于破舱水线下的横剖面面积，故计算所得之
16、可浸长度略小于实际长度，偏于安全方面，因此是允许的。可浸长度的实际近似计算法1）求安全界限下的横剖面面积 A曲线2）求A的积分曲线3）在A的积分曲线上，求可浸 长度。4.4.绘制可浸长度曲线绘制可浸长度曲线 根据算得的各进水舱的可浸长度及其中点至中横剖面的距离，在船体侧视图上标出各进水舱的中点，并向上作垂线，然后截取相应的可浸长度为纵坐标并连成曲线，即得可浸长度曲线。由此所得的可浸长度系假定进水舱的渗透率1.0，事实上各进水舱的总是小于1.0的，故在图中还需画出实际的可浸长度曲线，并注明的具体数值。可浸长度曲线的两端，被船舶首尾垂线处arctan 2的斜线所限制。5-4 5-4 分舱因数及可浸长度分舱因数及可浸长度许可舱长=可浸长度分舱因数=l F 船舶的抗沉性是由水密舱壁将船体分隔成适当数量的舱室来保证的。如果只用可浸长度曲线来检验船舶横舱壁的布置是否满足抗沉性要求，那就未免过于粗略，因为它不能体现出各类船舶在抗沉性方面要求的不同。为此，在海船法定检验技术规则中采用了一个分舱因数F来决定许用舱长。F是一个等于或小于1.0的系数，即F1.0。这样有 将实际的可浸长度曲线乘以分舱因数F后
